[发明专利]一种铌酸钛硅基复合材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种铌酸钛硅基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将钛源、铌源、有机铈化合物、有机聚合物和有机溶剂混合后，得到的混合溶液通过静电纺丝得到含铌钛铈的碳纤维材料；

2)将羧酸化纳米硅、硅烷偶联剂和有机溶剂混合，然后加入步骤1)得到的含铌钛铈的碳纤维材料和碱液后进行反应，得到铌钛铈硅基的碳纤维材料；

3)将步骤2)得到的铌钛铈硅基的碳纤维材料在改性气体氛围下进行第一加热，然后在碳源气体氛围下进行第二加热，得到所述铌酸钛硅基复合材料；

所述改性气体选自氟气、氯气、氨气和二氧化硫中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中钛源和铌源的总质量与有机铈化合物、有机聚合物、有机溶剂的质量比为100：(1-10)：(50-200)：(400-2000)；

所述钛源选自Ti(OC₄H₉)₄和TiO₂中的至少一种，所述铌源选自NbCl₅和Nb₂O₅中的至少一种；其中钛源与铌源的摩尔比为1：(0.5-2)；

所述有机聚合物包括聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯吡咯烷酮中的至少一种；所述有机聚合物的分子量为10～150万；

所述有机铈化合物选自乙酸铈、丙酸铈和水合乙酰丙酮铈中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中静电纺丝时，电压为5-50kV，滚轮接收速度为10-100r/min，推进推行速度为0.1-10mL/h；电纺针头到接收器的距离为5-30cm，静电纺丝时间为30-300min。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述含铌钛铈的碳纤维材料的直径为1-10μm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中羧酸化纳米硅、硅烷偶联剂、有机溶剂、含铌钛铈的碳纤维材料和碱性溶液的质量比为100：(1-10)：(50-500)：(10-50)：(100-500)；

羧酸化纳米硅的粒径为100-500nm；

硅烷偶联剂包括γ-氯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(2-甲氧基乙氧基)硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷和γ-缩水甘油醚基氧基丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；

碱液包括环己胺、二甲胺、三甲胺、二乙胺、三乙胺、乙二胺和乙醇胺中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中反应的温度为50-150℃，反应时间为1-6h。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性气体的通入流量为1-500sccm；

所述第一加热温度为300-500℃，保温时间为1-6h；

所述有机溶剂包括环己烷、醋酸、乙酸、草酸、酒石酸和苹果酸中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤3)中碳源气体包括甲烷、乙炔和天然气中的至少一种，碳源气体的流量为1-10sccm；

所述第二加热温度为800-1200℃，时间为1-6h。

9.一种铌酸钛硅基复合材料，其特征在于，由权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。

10.一种锂离子电池，其特征在于，包括权利要求9所述的铌酸钛硅基复合材料。